2023-11-23 16:48:05 中华好医生
2023年11月17日，荣泽集团创始人陈相波博士联合复旦大学王永明教授、中国医学科学院阜外医院兰峰教授等团队，在心血管领域的顶级期刊 Circulation( IF=37.8)发表题为In vivo base editing of Scn5α rescues type 3 long QT syndrome in mice的研究成果，在国际上率先利用碱基编辑技术实现了对长QT综合征(遗传性心肌病)的基因治疗。
目前，还没有团队利用碱基编辑器(BEs)进行遗传性心律失常治疗的探索，这是国际上首次利用碱基编辑器治疗该疾病的研究，为长QT综合征的相关临床研究工作奠定重要的基础，实现了该领域的重大突破，是我国科学家在遗传性心肌病基因治疗领域的又一重大进展!
荣泽集团创始人陈相波博士、复旦大学王永明教授、中国医学科学院阜外医院兰峰教授为该论文共同通讯作者。该研究得到国家自然科学基金、国家重点研发计划、国家高水平医院临床研究基金及荣泽集团等项目的资助。
长QT综合征(longQTsyndrome,LQTS)是一种心室复极化异常导致心律失常疾病，分为遗传性和获得性，未治疗的患者10年死亡率可达50%。遗传性LQTS是由于编码心脏离子通道或相关的基因突变引起的，属于心脏离子通道病。最常见的突变发生在KCNQ1、KCNH2和SCN5A基因上，分别导致LQT1、LQT2和LQT3三种类型的长QT综合征。β-阻滞剂是治疗LQTS的常规药物，但需要终身用药。植入式心脏除颤器(ICD)虽然对预防猝死有效，但是费用昂贵，并发症多，还存在误放电等问题，年轻患者需要终生携带和反复更换。如果能将遗传突变纠正，就可以一劳永逸的治疗LQTS。
碱基编辑器(BEs)是当前最安全、有效的基因编辑工具。本研究也采用单基基因编辑工具BEs，以编码SCN5α基因(心脏钠通道α亚基)为靶点，提出一种全面的靶点可编辑性筛选策略。通过对筛选出的SCN5α基因致病性突变(Scn5ap.T1307M)，利用碱基编辑器ABE可在体实现SCN5α突变转录本的完全阻断。研究结果表明，SCN5αmRNA在体修正率高达99.20%，可完全纠正小鼠心律失常的表型。
研究以SCN5α基因和ABEmax为对象，对野生型SCN5α基因位点体内外可编辑性进行了探究。结果显示，位点体内可编辑性与体外细胞高度一致。随后，研究者从240个SCN5α中选择了16个符合ABE编辑条件的突变，将这些人源突变对应转换为鼠源性突变，并建立携带该鼠源性突变的细胞系。细胞筛选结果显示，所有鼠源性突变都能被ABE修正，DNA修正效率从5.00±1.72%到39.33±6.66%。
图1.长QT综合征小鼠造模成功
研究者选择具有最高编辑效率的SCN5αp.T1307M引入到小鼠的SCN5α基因上，构建了LQT3小鼠模型。小鼠表现出LQT3患者典型的心电图特点，即QT延长(图1)。此外，在卡巴胆碱降低心率后，小鼠模型心脏窦性停搏增加;同时卡巴胆碱可诱导纯合小鼠模型产生室性心动过速。以上结果说明模型构建成功。
图2.碱基编辑技术治疗长QT综合征小鼠模型
接下来，研究者探究了碱基编辑器治疗LQT3的可行性。T1307M突变是由碱基C变成T造成的。ABE碱基编辑器可以将T转变成C，纠正突变。研究者将ABE分成两段后，利用AAV9递送到小鼠体内。单次腹腔注射AAV9-ABE病毒实现了~40%的DNA纠正和~70%的mRNA纠正(图2)。心脏中包含多种类型的细胞，AAV9主要感染心肌细胞，而SCN5α主要在心肌细胞中表达，所以在SCN5αmRNA水平的纠正效率高。
值得注意的是，ABE在每只小鼠上的编辑效率是不同的，有的小鼠心脏实现了高达99.20%的Scn5amRNA纠正。碱基编辑缩短了小鼠模型的QT间期，减少了窦性停搏。在纯合突变小鼠中，碱基编辑还消除了室性心动过速(图2)。以上结果说明碱基编辑技术针对心肌细胞的基因编辑治疗对于电生理功能表型是有效和安全的，可以有效的治疗遗传性长QT综合征。
图3.编辑效率和治疗效果分析
为了探究多高的编辑效率可以修复LQT3表型，研究者向新生14天的杂合小鼠腹腔注射AAV9-ABE病毒10周后，观察到T1307M mRNA修正率从23.29~95.72%不等。将mRNA修正率与QT间期以及窦性停搏次数关联数据进行相关性分析，结果显示QT、QTc间期以及卡巴胆碱诱导的窦性停搏次数随着mRNA校正率的增加而下降。结果显示随着修正率的增加，QT间期逐渐缩短，卡巴胆碱诱导的窦性停搏次数逐渐下降(图3)，说明即使较低的编辑效率，也能减轻长QT的表型。
当mRNA的修正率超过60%时，可完全消除杂合小鼠的心律失常表型。同时，在纯合T1307M小鼠中，碱基编辑还消除了致命性室性心动过速(图3)。这些结果表明编辑效率达到一定的阈值时，可以完全消除心律失常表型。
图4.编辑效率和治疗的安全性分析
最后，为了评估ABE心脏治疗的安全性，研究者对基因编辑后的心脏DNA进行全转录组测序，测序结果并未发现明显的DNA或RNA脱靶(图4)。碱基编辑也没有引发额外的心率失常。此研究为治疗其他类型的心律失常提供了新的思路。
图5.编辑编辑器效率和治疗总体策略
据不完全统计，长QT综合征发病率为1/7000，在国内外存在巨大的患者为满足需求。该研究在心脏基因编辑治疗领域取得了突破：在靶点预测的基础上，单次AAV载体治疗即可完全清除突变mRNA，从而根本性阻断致病基因带来的表型改变;高于阈值(20%)的基因编辑即可消除致死性心律失常，表明部分心肌细胞的恢复正常即可带来显著的获益。
前期动物学研究表明，本项目采用的碱基编辑器技术展现出惊人的疗效和安全性，这为长QT综合征患者的临床治愈带来新的曙光和希望!
